区域智慧教育云平台及智慧校园建设研究

王晓欢

摘要：随着5G技术、物联网、人工智能、大数据、云计算等信息化技术的成熟与应用，校园信息化建设也进入网络化、数字化、智能化的建设新模式。该文通过剖析区域教育信息化的背景和现状，提出区域智慧教育的总体架构。通过搭建区域智慧教育云平台，建设教育云应用，充分应用信息化技术提升区域内整体教学质量和管理水平，构建满足区域教育主管部门和学校对管理、展示、办公、教学、资源共享、互动等各方面需求的教育智慧校园体系。

关键词：区域智慧教育云平台；教育管理；智慧校园；基础设施

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）33-0080-04

1 区域智慧教育提出的背景

《教育信息化2.0行动计划》提出：到2022年基本实现“三全两高一大”的发展目标，建成“互联网+教育”大平台[1]。全面实现各级各类教育目标，全面建设现代化教育体系，显著增强教育整体实力和国际影响力。

国家教育信息化政策的持续推出，促进了区域智慧教育的提出和发展，各区教育局相继出台了智慧校园的建设标准，对智慧教育的实现提出了具体的建设标准和要求，通过感知校园物理环境，智能识别学习和工作场景，为师生创造智能的教学环境和舒适的生活环境，改变师生之间、师生与学校、师生与环境的互动方式，推动教育教学质量的提高，提升教育管理的水平，全面促进师生的发展。

2 区域教育信息化发展现状

近年来，随着信息技术的发展和应用，人们的思维、生活和工作方式都发生了变化。教育信息化通过利用现代互联网信息技术，为教育、教学和教育管理提供了丰富的信息表现形式，改变了受教育者的思维方式和学习方式，促进了教育的深刻变革和迅速发展。

当前，教育信息化的建设主要以各学校自主建设为主，各学校根据教育教学应用需求建设了部分教育信息化应用系统[2]，但由于缺乏统一有效的规划设计，区域教育信息化发展中存在的问题也更加突出：

（1）区域内各学校基础设施参差不齐，设备设施薄弱。区域内部分学校基础设施较完善，如无线校园网全覆盖，视频监控全覆盖，而部分老学校基础设施缺失或不完善，不能满足现代教育教学管理所需。

（2）区域内缺乏顶层设计，缺乏统一的建设标准。区域内各学校根据自身的业务需求建设学校应用系统，缺乏统一的顶层设计和建设标准。区域内业务系统没有进行有效的数据资源整合和共享，数据分散，集中程度较低，“信息孤岛”现象突出。

（3）教育信息化发展整体水平不高。总体来说，仍处在单一业务管理系统的建设发展阶段，一些重要的管理应用和教学应用还未建立，严重阻碍了学校利用信息技术在教学和管理等各方面的改革和发展。

（4）优质教育资源严重缺乏，资源共享水平较低。

3 区域智慧教育的总体架构

区域智慧教育整体架构采用1网1云1平台，构建1个门户，1个中心，建设四大应用。

一网是指5G专网、有线网络、无线网络、物联网四网融合，将网络、设备、终端等统一纳管，形成一张泛在网络，实现业务统一管理，配合SDN网络等新技术，实现精细化管理。

一云是指构建区域智慧教育混合云，主要承载各校园科研，教学，管理，服务等业务。整个教育云以私有云为主，私有云主要承载区域教研数据、管理数据，财务数据，人员数据等；以公有云为辅，主要承载教学资源、课程资源等。

一平台指构建统一的区域智慧教育云平台，平台打破数据孤岛，实现区域内各学校各业务系统联动，同时通过数据治理，使能智慧校园，构建可生长的生态应用。

一门户，打造区域教育应用的统一门户，所有应用统一入口，统一服务，统一身份认证。

一个中心，即智能运营中心，将区域内所有的数据汇聚并展示到云平台，对智慧校园做到可视、可控、可管，支撑校园决策。

四大应用，指智慧教学环境、智慧教学资源、智慧校园管理、智慧校园服务四大类[3]。

（1）智慧教学环境包括，智慧教室、智慧实训、数字图书馆等，通过物联网、大数据、人工智能等技术手段，改变教育教学环境，提高教学效率，提升师生感知服务；

（2）智慧教学资源，包括教学资源库，协同备课，课程资料中心等相关数据应用，打造区域资源共享平台；

（3）智慧校园管理，利用物联网、人脸识别等技术实现楼宇、资产，人员、车辆管理等人、车、物的智慧化管理；

（4）智慧校园服务，包括一卡通、报销、请假、人物画像、特征分析等数据服务。

4 区域智慧教育的建設目标

（1）构建区域智慧教育云平台，为区域和学校各应用系统提供稳定的支撑服务，包括统一身份认证、统一权限管理、组织机构管理和应用系统、数据管理等基础服务。

（2）建设区域智慧教育数据中心，为教育信息化应用提供集中统一的数据支持。各业务系统通过数据中心进行数据交换、治理和共享，实现跨服务、跨应用、跨终端的数据集成和信息共享。挖掘分析区域内各学校的教学数据、资产数据、教研数据，为教育主管部门和学校管理决策提供数据支撑。

（3）构建区域教育教学管理应用系统，实现区域内教学质量监测、教育资源预警、督导管理、校务管理、教务管理、考务管理等多层次的信息化应用需求，提供全面、集成、个性化的信息服务，构建高效、科学的学校教育信息资源服务保障体系。

（4）建设适度先进的智慧校园信息基础设施，改善现有校园网络环境，完善校园安全系统[4]，新建现代化的数字化教育教学设施，构建适应学校未来发展的智慧校园系统。

5 区域智慧教育的建设内容

5.1 区域智慧教育云平台建设

5.1.1 基础支撑平台

基于云计算，以学校为基本单元，通过统一门户网站，构建基础支撑平台，为区域教育管理部门和学校提供教育管理、资产管理、校务管理、教务管理、考务管理、教学教研、学生学习、家校互动等一站式的应用服务。

（1）认证中心

构建区域智慧教育用戶认证中心。认证中心是所有应用系统的统一入口，为所有业务系统提供统一身份认证，以实现业务系统的统一访问认证及服务授权。通过统一用户管理、统一身份认证管理、统一授权管理、单点登录管理为用户提供优质快捷的统一登录认证服务[5]。

（2）用户中心

用户中心根据教育管理员和老师的不同身份权限，提供组织机构、角色、用户和权限等数据信息。

（3）搜索引擎

平台为数字资源提供了一个非结构化的搜索引擎，平台支持用户在不同的应用场景下从不同的数据源中搜索资源。

（4） 应用管理

对产品的发布，应用服务的调度以及应用程序开放的接口进行管理。

（5） 数据服务

数据服务为上层应用系统提供数据的存取和共享服务。

（6）统一运维服务

统一运维服务通过及时采集各类告警数据和配置数据，进行统一分析、查询和展示，实现对基础架构的监控和管理，帮助运维管理人员快速定位问题、分析问题并及时解决问题。

5.1.2 区域管理应用系统

（1）区域教学质量监测系统

建立区域教育现代化指标，根据区域教育规划，结合专家咨询建议制定符合区域教育现代化的指标体系，在指标体系的基础上，建立数据计算模型。通过大数据平台，根据数据模型进行数据汇聚以及指标计算，根据现代化教育指标系统进行教育目标、教育现状、教育问题的数据可视化展现。

（2）教育资源预警系统

教育资源预警系统通过融合学区教育资源、空间地理信息、计生、人口变动、房地产交易数据，运用大数据分析技术，实现学区承载能力预警分析、学区生源预测分析、学区生源超载预警，形成分析报告，为相关教育部门推送决策建议。基础教育资源监测预警系统可以有效解决当前学区教育资源分布不均、小孩上学难等问题，能够有效提升政府的惠民服务[6]。

（3）督导管理系统

督导管理系统基于大数据平台的数据采集、处理和计算，建立督导指标体系，建立指标与各项督导业务的关联，通过对数据计算规则和评分规则的规范管理，实现督导业务的管理和开展、数据采集和存储、督导指标的实时计算。为监督管理提供便捷、准确、数字化的监督管理手段；为督导人员提供统一、规范的督导操作；减少学校数据的重复提交，减轻学校工作，提高各学校数据的提交效率。

5.2 区域智慧教育数据中心建设

5.2.1 数据中心

区级数据中心的建设，可将区域内的安全监控数据、学校的教育教学数据（包括教师产生的备课课件、名师公开课视频、学生产生的学业数据等）、管理产生的业务数据等进行统一的存储和管理。区域级数据中心的建设，需考虑后续所有数据的融通、数据的分析和治理等工作，使得数据产生真正的价值，为教育教学、学校管理提供强有力的支撑。同时考虑后续应用数据逐步增多、硬件设备需扩容等需求。

5.2.2 智能运营中心

构建区域智能运营中心，基于区域教育大数据的支撑，实时展示区域内教育核心数据，如视频监控数据、各学校资产数据、教学活动数据、智能设备数据等。打造一个现代化的区域智慧教育运营指挥中心，助力区域教育管理者对区域内的学校态势一览无遗，做到管理有据可依，决策心中有数。

5.2.3 数据服务地图

数据服务地图是针对区域教育大数据进行定制的教育数据可视化支撑平台，通过决策地图实现指标数据与区域信息的叠合，形成区—学校的数据联动展现。为教育指标数据的展示提供直观的数据呈现平台，为教育管理决策提供可视化服务支撑。

5.3 智慧校园建设

5.3.1 基础网络

智慧校园建设的根本保障就是传输网络，因此建设低延时，高带宽，广覆盖的网络成为智慧校园网络建设的目标。

校园基础网络采用无源光网络架构，使用1张物理网，N张逻辑网，将有线终端、无线AP、监控、一卡通、物联网等不同类型业务接入同一张光纤网络，简化网络结构，简化管理，业务互通[7]。

（1）一张网络实现泛在接入，学生、教师、员工、领导、访客等人员统一接入，物品、设施物联接入。

（2）通络网络虚拟化技术，实现对人、物、业务隔离，增强业务安全性，形成基于逻辑隔离的多层细分网络。

（3）统一的运维工具，实现所有网络设备、用户、资源的管理和运维，构建一个网络服务中心，面向学校的所有业务进行网络管控。

5.3.2 智慧安防

（1）视频监控

视频监控系统是校园安防体系中一个重要组成部分，视频监控系统总体网络架构分为感知采集层、传输网络层和监控中心。

感知采集层：通过在前端部署枪机、半球、球机、人脸抓拍机等网络摄像机，实现对各种音视频信号的采集，并将采集到的信息实时传输到校园监控管理中心。

传输网络层：整个传输网络采用全光网络设计，实现语音、数据的综合接入。

监控中心：通过部署核心交换机、存储服务器、视频管理服务器、大屏显示系统以及客户终端等设备，实现所有前端监控设备的接入、存储、显示、调用、查看等功能。

（2）一键报警

一键报警系统由一键报警主机和应急按钮组成，一般安装在监控室或门卫室，并联网至派出所。有警情时，校园安保人员触发应急按钮，主机接收到报警信号后可迅速将警讯或现场视频图像上报至就近派出所，实现快速响应，快速接警。

（3）电子围栏

电子围栏是校园安防体系中的周界防范系统。通过在学校围墙上架设物理屏障，既能防止入侵者的翻越，又能防止学生从墙面攀爬外出，具有“阻挡为主，报警为辅”的功能特点，安全性和可靠性高。

5.3.3 智慧教室

（1）电子班牌

电子班牌是 “班班通” 互动终端，电子班牌通过共建班级文化、推送安全课程、分享班级资源、连接班级考勤、对接班级课表等应用功能。为校园管理者、教师和学生提供一个展示和查询信息的窗口。

（2）智慧黑板

智能黑板集成了传统黑板、智能教学软件、多点电容触控技术、高清平板显示技术、无线音视频采集等技术，完成普通黑板书写、电子白板交互、批注、绘画、课件演示、多媒体娱乐等操作。在智慧黑板中安装教师助手，覆盖教师的课前备课、课堂教学与课后练习与反馈等应用场景，满足教师教学资源及工具调用，快速开展课堂教学活动。为教师备课提供与之学段、学科相匹配的课件、资源等内容，为教师授课提供资源、工具、评测等内容。

（3）精品录播教室

录播课堂系统借助录播一体机，采用全自动五机位录播系统，将老师授课、学生听课、师生互动场景以及课堂板书内容等视频画面进行智能化地跟踪和切换，实现录播、点播、直播、自动跟踪、多画面采集、智能导播、移动教学、屏幕共享、板书共享、课程录制以及家校沟通等功能。

6 结语

通过构建网络校园、平安校园、智慧教室、精品课堂等智慧教育环境，助力区域教育观念、教学方式、教学内容、教学手段等方面的高阶演进，全面提升区域内教学与管理的信息化水平。通过建设基于互联网、物联网、大数据、云计算的智慧教育云平台、数据中心以及云应用，实现区域内各学校与教育主管部门之间的数据交换和系统互联互通，提升教育教学监管能力和服务水平，促进教育管理现代化，资源共享化、服务网络化、决策科学化，全面促进区域教育的改革和发展。

参考文献：

[1] 教技〔2018〕6號.《教育信息化2.0行动计划》[S].2018

[2] 张宝飞.智慧校园背景下的区域教育云平台建设实践——以南京教育云平台建设为例[J].中国教育信息化，2018（9）：66-70.

[3] 王娟.浅谈某康复大学智慧校园建设方案[J].智能建筑电气技术，2022，16（1）：105-107.

[4] 季新文.基于云计算的昆一中智慧校园分期建设方案设计、分析与研究[D].昆明：云南大学，2016.

[5] 刘苗苗，王勇，张永生.基于云计算的智慧校园建设方案研究[J].佳木斯大学社会科学学报，2017，35（1）：170-172，176.

[6] 潘维，孙亭，李毅，等.一种教育资源监测预警系统：CN107679663A[P].20180209.

[7] 肖斌.智慧校园网络新架构[J].福建电脑，2022，38（4）：40-43.

【通联编辑：梁书】